農作物の植え付けも男性と女性で、疲れない作業としてできるでしょうか？ - 間作により収穫量が2倍になる

制作 |科学普及中国

制作：Lei Kexin (重慶大学ジャーナリズム)、Zhao Xumao (蘭州大学若手研究員)

プロデューサー |中国科学博覧会

「男性と女性が一緒に働くと、仕事の疲れが軽減される」ということわざがあります。原始社会では、男性と女性の間の生理的およびその他の違いにより、男性は農業を営み、女性は機織りをするという明確な社会的分業が自然に生まれました。この協力形態により、当時の社会の労働効率は大幅に向上しました。

実際、人間社会のこの「マッチング」方法は作物の生産にも適用できますが、それは間作という新しい名前を持っています。どのように仕事を分担し、協力しているのか見てみましょう。

混作システムとは何か

紀元前 1 世紀には、土地の生産性を向上させるために、人類は「間作」と呼ばれる栽培方法を発明しました。これは、同じ栽培シーズンに同じ畑に 2 種類以上の作物を列または帯状に交互に植える方法です。

混作は、一般的な多様化された植栽システムとして、持続可能な農地生産に広く使用されています。研究によると、この栽培方法は、生態学的原理を利用して植物間の良好な相互作用と補完性を高め、種間競争の激しさを軽減することで、間作システムの生産性を向上させることが示されています。

しかし、人類は種間技術の使用に長い歴史を持っているにもかかわらず、半乾燥農業生態系における異なる植物種間の相互作用が土地の生産性にどのような影響を与えるかについては長い間理解が不足していました。

枝豆畑の隣にある熟した小麦のクローズアップショット。出典: veer

しかし、中国の科学者による最近の研究結果がこの謎を解くのに役立つかもしれない。

2022年5月10日、蘭州大学生態学院は草原農業生態系国家重点実験室と共同で、「混作種の水利用：トウモロコシと大豆、大豆と小麦、小麦とトウモロコシ」と題する研究結果を有名な学術誌「農業水管理」に発表した。研究結果により、半乾燥地域において、水を補完する特性を持つ多様な植栽パターンを合理的に割り当てることが、植物種間の良好な相互作用を発揮し、土地の生産性を向上させるのに役立つことが明らかになりました。

混作によって土地の生産性はどのように向上するのでしょうか?

『孟子』の「公孫周章論」には、「状況を利用して時を待てば、半分の労力で二倍の成果が得られる」とあり、有利な状況を利用して二倍の成果を達成することを学ぶべきだと強調しています。

間作の原則によれば、植物が正の相互作用と補償メカニズムを適切に活用できれば、栄養強化、資源共有、ニッチ補完、成長における種間競争の減少といった利点が得られます。

上記背景に基づき、本研究は我が国北西部の乾燥地域における水不足の問題に対処するために実施されました。トウモロコシと大豆、小麦と大豆、トウモロコシと小麦の混作システムを現地に設置することで、異なる混作の組み合わせにおける種間競争の軌跡と土壌水分の動的変化、異なる混作の組み合わせにおける光合成生理学的特性と成長率を研究し、半乾燥地域における混作システムの生産性に対する種間の水分補完性の影響を調査しました。

「適者生存」 2 つの異なる種は同じ資源をめぐって競争します。特に、競合する 2 つの種の生活習慣がより類似している場合、競争はより激しくなり、結果は明らかになることが多いです。半乾燥地域では資源が不足しているため、競争がより顕著になり、種の多様性が特に欠如しています。

しかし、この研究では、単一栽培システムと比較して、大豆との混作によりトウモロコシと小麦のバイオマスと最大成長率（Imax）が大幅に増加することがわかった。

大豆とトウモロコシの作物 |出典: veer

つまり、トウモロコシと大豆、大豆と小麦の組み合わせでは、トウモロコシと小麦は大豆と似た性質を持っており、適者生存ではなく、成長期間を通じて大豆の「インセンティブ効果」の下で共に進歩します。

大豆は、見返りを求めずに奉仕する無私の長老のような存在です。小麦やトウモロコシの成長を促進しますが、大豆のバイオマスや成長率には大きな影響はありません。

それだけでなく、共生期と代償成長期における各種の光合成特性を研究した結果、大豆との混作によりトウモロコシと小麦の葉の窒素含有量、クロロフィル含有量、光合成速度も大幅に増加し、トウモロコシと小麦がより旺盛に成長し、より多くの、より豊かな果実を生産することが判明しました。

春にはトウモロコシ畑の近くで大豆が成熟します |出典: veer

しかし、小麦とトウモロコシは、決して譲らない「敵」同士なのです。それだけでなく、小麦はトウモロコシよりもわずかに競争力があります。

小麦とトウモロコシの混作モデルでは、共生初期段階における小麦のバイオマスと成長率はトウモロコシよりもはるかに高い。トウモロコシは小麦収穫後の代償成長期に回復し徐々に小麦を上回るものの、小麦との混作がトウモロコシの成長を阻害する効果は否定できない。

同時に、小麦の「抑制」により、トウモロコシの葉の窒素蓄積、クロロフィル含有量、光合成速度も大幅に低下し、補償期間内にトウモロコシが回復できず、トウモロコシの収穫量が大幅に減少しました。

3つの作物が水を奪い合う

大豆の助けにより、大豆、トウモロコシ、小麦はすべて十分な栄養を摂取していることがわかります。しかし、特に水資源が乏しい北西部の半乾燥地域では、「水を飲む」ことなく「食べる」だけでは十分ではありません。

では、大豆と小麦、大豆とトウモロコシ、小麦とトウモロコシの 3 つの混作の組み合わせは、水資源の競争という点ではどのように機能するのでしょうか。

まず、大豆との混作により、生育期間を通じてトウモロコシと小麦の帯の両方で 0 ～ 100 cm の範囲の土壌水分含有量が大幅に増加しました。

しかし、7月には小麦が成熟し、大量の水を消費しました。この菌はすべての層で優占種として、補償利用のために大豆とトウモロコシの帯から土壌水分を吸収し、その結果、大豆とトウモロコシの帯の土壌水分含有量が大幅に減少しました。

7月中旬から下旬にかけて小麦の収穫が終わった後、大豆やトウモロコシは代償成長期に入り、水分が本格的に補給されたのは9月中旬になってからだった。

大豆とトウモロコシ畑は春に成熟します |出典: veer

孟子は、「成功への道においては、適切な時期、適切な場所、適切な人が、成功への道のすべてをカバーする3つの重要な要素である」と強調しました。

自然界では、「適時適所」は農作物の生産のための環境条件を指し、「人同士の調和」は種の人工的な構成を表しています。研究結果は、作物の多様性は種の構成と環境条件に依存し、相補的な利点を持つ混作種の組み合わせを形成することを示しています。たとえば、大豆と小麦、大豆とトウモロコシの混作システムは、作物の生産性を向上させるのに役立ちます。

したがって、混作種の特性を合理的に構成し、半乾燥地域に適用するために水の補完性と利用上の利点を備えた混作の組み合わせを選択することは、地下のニッチ補完性を通じて水資源の利用効率を改善し、作物の収量を促進するのに役立ちます。

後期段階では、環境条件に応じて混作種の特性を合理的に組み合わせて構成する研究を継続し、種間の補完性を高めながら競争の激しさを軽減します。

ウィンウィンの協力は人類が社会の中で自らを確立するための魔法の武器であり、この魔法の武器は自然にも適用できます。科学者たちは、混作システムにおいて互いの長所を補完するために協力しています。こうした共同の努力により、極めて厳しい環境下でも、地域に潤いを与える果物を栽培することが可能となります。

蘭州大学生態学院生態学博士課程の学生である王偉氏がこの論文の第一著者であり、熊有才教授が論文の責任著者である。この研究は、中国国家自然科学基金の国際協力重点プロジェクト、甘粛省の重点研究開発プロジェクト、甘粛科学院の応用開発プロジェクト基金の支援を受けて行われた。

編集者 |王婷婷

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